(57)【要約】【課題】効率よくしかも適性な形状仕上げを実現する角形鋼管用形状仕上げリングを提供する。【解決手段】角形鋼管用形状仕上げリング１０は、円周方向に半割りに分割構成されるとともに、形状仕上げ装置の形状仕上げロールの周囲に締着固定される。角形鋼管の溶接部に対応して、これと接触しないように円周方向に形成された凹部１３と、溶接部近傍に当接するように凹部１３の両側に突設された押圧部１４とを有する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
角形鋼管の形状仕上げ装置に使用する形状仕上げリングであって、
円周方向に半割りに分割構成されるとともに、前記形状仕上げ装置の形状仕上げロールの周囲に締着固定され、
前記角形鋼管の溶接部に対応して、これと接触しないように円周方向に形成された凹部と、前記溶接部近傍に当接するように前記凹部の両側に突設された押圧部とを有することを特徴とする角形鋼管用形状仕上げリング。
【請求項２】
前記押圧部の押圧面は、前記角形鋼管の表面に対して湾曲形成されていることを特徴とする請求項１に記載の角形鋼管用形状仕上げリング。
【請求項３】
前記押圧部における半割り相互の継ぎ部が、リング軸方向に対して傾斜することを特徴とする請求項１または２に記載の角形鋼管用形状仕上げリング。
【請求項４】
前記継ぎ部の傾斜角度が略３０°に設定されることを特徴とする請求項３に記載の角形鋼管用形状仕上げリング。
【請求項５】
前記押圧部の表面に表面硬化処理が施されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の角形鋼管用形状仕上げリング。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、溶接により製造される角形鋼管（通常、コラムと称する）の形状仕上げ装置に使用する形状仕上げリングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の角形鋼管は矩形断面を持ち、たとえば図８に示すように鋼帯を一対の溝形断面（コ字状）に成形した後、突き合わせて溶接されることにより製造される。その突合せ部において角形鋼管１の長手方向に溶接部もしくは溶接ビード３が形成される。角形鋼管１の断面における４辺１ａ〜１ｄのうち、突合せ溶接部が存在する辺１ｃ，１ｄの形状は凸型を成しており、製品品質として要求される"辺の平坦度"に関する規格仕様を充足できない場合が発生する。
【０００３】
この要求される"辺の平坦度"に関する規格仕様は、各辺の平坦度を規定するものであり、図８においては溶接ビード３が存在する辺１ｃ，１ｄの形状が規定値以上に凸であることが問題となる。具体的には平板部分の凹凸（ｙ）は、その辺の長さの０．５％以下、かつ３ｍｍ以下となることが必要になる。特に、３００ｍｍ□および９００ｍｍ□のコラムの場合それぞれ、ｙ≦１．５ｍｍ、ｙ≦３．０ｍｍである。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
そのため図９のように既存の形状仕上げ装置１００を用いて、図示のようにその形状仕上げロール１０１（たとえば、直径６２０ｍｍのビード部押圧回避のための溝付きフラットロール）を角形鋼管１に対して圧下することにより、凸型の辺形状を平坦に矯正しようとする試みがなされた。なお、形状仕上げロール１０１の下方には駆動ロール１０２が配置されている。ところが、押込み量の制御が難しく、辺１ａ，１ｂが凸型となってしまい、辺１ｃ，１ｄについても十分に平坦にならない結果が生じる。そこで、凸型形状の辺をガスバーナーによって加熱し、水冷することで凸型形状を矯正する作業を行っていたが、これには多大な時間と手間がかからざるを得なかった。
【０００５】
本考案はかかる事情に鑑み、効率よくしかも適性な形状仕上げを実現する角形鋼管用形状仕上げリングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案の角形鋼管用形状仕上げリングは、角形鋼管の形状仕上げ装置に使用する形状仕上げリングであって、円周方向に半割りに分割構成されるとともに、前記形状仕上げ装置の形状仕上げロールの周囲に締着固定され、前記角形鋼管の溶接部に対応して、これと接触しないように円周方向に形成された凹部と、前記溶接部近傍に当接するように前記凹部の両側に突設された押圧部とを有することを特徴とする。
【０００７】
また、本考案による角形鋼管用形状仕上げリングにおいて、前記押圧部の押圧面は、前記角形鋼管の表面に対して湾曲形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本考案による角形鋼管用形状仕上げリングにおいて、前記押圧部における半割り相互の継ぎ部が、リング軸方向に対して傾斜することを特徴とする。
【０００９】
また、本考案による角形鋼管用形状仕上げリングにおいて、前記継ぎ部の傾斜角度が略３０°に設定されることを特徴とする。
【００１０】
また、本考案による角形鋼管用形状仕上げリングにおいて、前記押圧部の表面に表面硬化処理が施されたことを特徴とする。
【考案の効果】
【００１１】
本考案によれば、円周方向に半割りに分割構成されるとともに、角形鋼管の溶接部に対応して、これと接触しないように円周方向に形成された凹部と、溶接部近傍に当接するように凹部の両側に突設された押圧部とを有する。角形鋼管の溶接部の両側の狭い範囲のみを圧下して塑性変形を起こさせることにより、製品品質として要求される"辺の平坦度"に関する規格仕様を充足させることができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に基づき、本考案による角形鋼管用形状仕上げリングの好適な実施の形態を説明する。
図１は、本考案の実施形態における角形鋼管用仕上げリング１０の全体構成を示している。この実施形態において、仕上げリング１０は、前述した既存の形状仕上げ装置１００を利用して、これに使用するものとし、その基本構成において円周方向に半割りに分割構成される（リングハーフ１０Ａ，１０Ｂ）とともに、形状仕上げ装置１００の形状仕上げロール１０１の周囲に締着固定される。なお、仕上げリング１０の内径Ｄ、形状仕上げロール１０１の外径ｄとする。
【００１３】
リングハーフ１０Ａ，１０Ｂは、仕上げリング１０の直径方向の対向位置に設定された後述する継ぎ部１１において、複数のボルト１２によって締結される。また、角形鋼管１の溶接部３（図８参照）に対応して、これと接触しないように円周方向に形成された凹部１３と、溶接部３近傍に当接するように凹部１３の両側に突設された押圧部１４とを有する。
【００１４】
継ぎ部１１は単純なフラット面ではなく、リング軸方向（図１、図２等矢印Ｘ参照）に対して傾斜し、特に押圧部１４では図２に示すように傾斜角度αだけ傾斜している。継ぎ部１１の傾斜角度αとして、典型的にはα＝３０°とする。詳細については後述するが、継ぎ部１１を傾斜させることで、継ぎ部１１の隙間部ｇ（図１参照）が角形鋼管１の表面に同時一斉に接触しないようにする。そして、これにより仕上げリング１０で圧下した際の角形鋼管表面における圧痕の発生を防ぐことができる。
【００１５】
かかる傾斜した継ぎ合せ面を持つ継ぎ部１１において、リングハーフ１０Ａ，１０Ｂの側部にはそれぞれ締結部１５を突設するとともに、凹部１３には締結部１６を凹設する。これらの締結部１５，１６にてこの例では計３本のボルト１２（全体では６本）によってリングハーフ１０Ａ，１０Ｂを固定する。このように本発明では、角形鋼管１の溶接部３の両側の狭い範囲のみを圧下して塑性変形を起こさせることにより、規格の凹凸の基準値を達成させるように既存の形状仕上げロール１０１にボルト１２で装着するようにしている。
【００１６】
ここで、角形鋼管の降伏応力（σ＝４００Ｎ／ｍｍ2）より各コラムサイズおよび板厚（３００ｍｍ□×９ｍｍt〜１０００ｍｍ□×４０ｍｍtの８６種類）に対して、降伏を起こさせるときの押込み量（撓み量）と押圧力を計算により求めた。実際には計算した押込み量以上で押し込めば、永久歪として塑性変形を起こすことを確認した。
【００１７】
また、仕上げリング１０の材質は、角形鋼管の母材に対して十分な強度を有することが必要である。この実施形態では仕上げリング１０の材質として、典型的にはクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４４０）とする。仕上げリング１０の表面硬度は、使用上の十分な耐磨耗性を持つことが必要であり、図４に示したように特に押圧部１４の表面に高周波焼入れ等による表面硬化処理１７を施し、典型的にはショア硬さ７０（Ｈｓ）程度とした。
【００１８】
押圧部１４の押圧面は、図４に示されるように角形鋼管１の表面に対して曲率半径Ｒで湾曲形成されている。この曲率半径として、典型的にはＲ＝１００ｍｍ程度とする。このように押圧部１４の押圧面を球面状にすることで、仕上げリング１０の圧下時に角形鋼管１の表面における応力集中による圧痕を防止することができる。なお、このように湾曲形成せずに、すなわち平坦に形成した場合、そのままでは仕上げリング１０の押圧部１４と角形鋼管１の押圧される面とが馴染まず、常に一点で接触することになり、例えば角形鋼管１の辺が凸型乃至凹型の状態の場合は、仕上げリング１０の押圧部１４のエッジ状角部が角形鋼管１の表面に当って圧痕を発生させてしまう。さらに、継ぎ部１１における押圧部１４の角部にもアールが付けられる。このアールとして、典型的にはｒ＝２ｍｍ程度とする。
【００１９】
また、仕上げリング１０の角形鋼管１に対する押圧時に発生する接線力（最大圧下力×ころがり摩擦係数）を十分上回る締結力を確保するために、前述したようにリングハーフ１０Ａ，１０Ｂ相互を典型的には６本のボルトで固定する。この場合、形状仕上げロール１０１とのキー等による固定方法は採用しない。また、リングハーフ１０Ａ，１０Ｂ相互のロール長手方向の位置決めに際して、両者の合せ面がα＝３０°の傾斜面であることからキーを使用しないで、図３のようにスプリングピン１８によって行う。なお、この場合スプリングピン１８の強度は、予想される軸長手方向のスラスト力に十分対抗し得るものとする。また、リングハーフ１０Ａ，１０Ｂの合せ面に３０°の傾斜を持たせたことで、リングハーフ１０Ａ，１０Ｂ相互間で軸長手方向の位置決めが必要になる。そこで、この実施形態では計４本のスプリングピン１８を用いて、両者が軸長手方向に位置ずれしないようにしている。
【００２０】
図５は、たとえば６００ｍｍ□×１６ｍｍtの角形鋼管１に対する圧下開始時の様子を示している。前述のように仕上げリング１０の押圧面を湾曲形成したことで、その角部が角形鋼管１に接触せず圧痕は極めて発生しずらい。算出した角形鋼管１の撓み量（δｃ）の最大値δｃ＝３．４１ｍｍと比較した場合、Ｒ＝１００ｍｍが最適である。
【００２１】
ここで、リングハーフ１０Ａ，１０Ｂ相互の継ぎ部１１の角度をα＝３０°とした根拠について説明する。
図２を参照して、継ぎ部１１の傾斜角度をα＝３０°とすることで、押圧部１４は角形鋼管１の表面に対して、たとえばＰ1→Ｐ2→Ｐ3→Ｐ4のように順次接触する。これにより隙間部ｇ（３ｍｍ）の角部の応力集中は大幅に緩和され、仕上げリング１０による圧下時に圧痕が発生する条件を格段に緩和することができる。なお、リングハーフ１０Ａの締結部１５において、形状仕上げロール１０１の中心（すなわち、仕上げリング１０のセンター）よりも下側の部分１５ａは、形状仕上げロール１０１に適性に取り付けるために、仕上げリング１０の内径に相当する直線によりカット（切除）される。
【００２２】
これに対して、傾斜角度をα＝０°とした場合、図６に示されるように押圧部１４は角形鋼管１の表面に対して、Ｐ1〜Ｐ4が同時に接触する。このため隙間部ｇの角部の応力集中により角形鋼管１に圧痕を発生させる。
【００２３】
傾斜角度をα＝４５°とした場合、図７に示されるようにリングハーフ１０Ａの締結部１５下側の部分１５ａは同様に、仕上げリング１０の内径に相当する直線によりカットされる必要がある。この場合、仕上げリング１０の内径と形状仕上げロール１０１の間の隙間がα＝３０°の場合に比べて大きくなってしまう。
さらに、最大矯正代δ＝３．４１ｍｍとした仕上げリング１０を角形鋼管１に対して圧下した際に、締結部１５の角部１５ｂが角形鋼管１と干渉してしまう。以上により継ぎ部１１の傾斜角度α＝３０°が最適である。
【００２４】
本考案の好適な実施形態を説明したが、本考案は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更が可能である。
実施形態中で記載した数値等は、好適なものを示すものであり、本発明の範囲内で変更可能である。
また、本考案は溶接ビードのある面を９０°転回して、ビード面でない面を押圧する場合にも適用可能であり、すなわち角形鋼管の４面いずれを押圧する場合も同様に適用することができる。さらに、溶接ビードが１面にのみ形成される角形鋼管に対しても上記実施形態と同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本考案の実施形態に係る仕上げリングの全体構成を示す図である。
【図２】本考案に係る仕上げリングの継ぎ部まわりの構成を示す図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図５】本考案の実施形態における圧下開始時の様子を示す図である。
【図６】本考案の実施形態における継ぎ部の比較例を示す図である。
【図７】本考案の実施形態における継ぎ部の別の比較例を示す図である。
【図８】角形鋼管の概略構成例を示す図である。
【図９】従来の角形鋼管の矯正方法の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  仕上げリング
１０Ａ，１０Ｂ  リングハーフ
１１  継ぎ部
１２  ボルト
１３  凹部
１４  押圧部
１５，１６  締結部
１７  表面硬化処理
１８  スプリングピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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